于渌，理论物理学家、中国科学院院士。出生于江苏镇江。1961年毕业于前苏联国立哈尔科夫大学理论物理专业。中国科学院理论物理研究所研究员。1990年当选为第三世界科学院院士。从理论上预言含顺磁杂质超导体中存在束缚态，开拓了磁性杂质对超导体影响的系列理论与实验研究。参与倡导闭路格林函数研究，给出了描述平衡与非平衡统计物理的统一理论框架。提出导电高分子准一维系统中孤子型元激发应满足的拓扑性边界条件。与他人合作，用骨架图展开方法计算了连续相变临界指数，准到小参量ε的3阶；发展黄昆的晶格驰豫理论，研究了准一维导体中局域性元激发的动力学和物理效应；用自洽方法研究了空穴在反铁磁背景上的运动；研究并预言电阻在转变温度附近有极大值；用规范场理论研究了高温超导体的理论。
导 读
光子、电子、原子和整个“量子世界”是人脑“构造”出来的，是可以被利用的“自在之物”，还是可以“看得见、摸得着、可以调控”的‘为我之物’？现代科学技术的发展使“观测时代”到“调控时代”的转变成为现实的可能和进一步发展的必需！
所谓量子的调控，就是通过干预分子和原子的运动规律，来为我们人类的生活和科学服务。量子调控，是当今科学研究的技术前沿，几乎每一个国家都对此非常重视，它未来衍生出的，比如量子信息科学，会是一个走向融合的、技术开放的、更加前沿的技术方向。
从量子力学到量子论
由于宇宙非常之大，且由不同的层次、不同的尺寸组成，因此牛顿力学所描述的规律也是不一样的。我们现在这个宇宙，是在137亿年前大爆炸发生以后，慢慢演化出来的。当然现在的这个世界是非常的丰富多彩，它变化的尺寸可以是无限大，也可以比原子小到一千倍。在这些不同的尺寸的运动的客体中，它们的运动规律也是不尽相同的。
20世纪初，普朗克提出了黑体辐射的规律，解决了所谓“紫外灾难”的问题。爱因斯坦，提出了光量子的假说，并由此获得了诺贝尔奖。1912年，丹麦科学家玻尔，提出初步的量子理论，他的这个理论现在常用一个类似太阳系轨迹的一个原子当中电子轨道模型来表现。20年代，薛定谔、海森堡和狄拉克几位科学家共同创建了量子力学，他们创建的量子力学不同于牛顿的经典力学的一个重要特征是，粒子在运动时是没有轨迹的，动量要满足“测不准关系”。
量子力学产生后，人们了解了物质是怎么构造的，知道分子、原子是怎么运行的，也明白了化学究竟是怎么回事情。在此基础上，又建立了固体的电子论。半导体、晶体管、集成电路，磁性的存储材料，计算机技术……20世纪的文明，实际上都是对这些奇妙量子现象的理解和运用。
对于量子力学的解释，实际上是存有争议的。科学家爱因斯坦是量子论的最早的提倡者，而且是个比较彻底的量子论的提倡者，但是他一生都在反对量子力学，尤其反对量子力学的解释。在20世纪30年代，他与帕导斯体和若萨共同撰写的一篇文章，就是要找出一个办法来说明量子力学的荒谬，即EPR的佯谬。
爱因斯坦指出，在量子力学里有两种态，一种态叫做可分离的态，一种态叫做纠缠态。比如说一个自旋的电子，它向上、向下的自旋，组合起来就是一个态，把两个态相乘以后，就是一个相乘的态，再把这两个态分开，这两个态就没关系了。但是如果相反，两个粒子的状态是由一个粒子的自旋向上和另外一个粒子的自旋向上，以及两个不同粒子的自旋向下的组合，就叫做纠缠态。
纠缠态有一个非常奇妙的结果，就如光是有垂直的偏正或水平的偏正。光的态的本身相当于垂直偏正和水平偏正的叠加，同一个光源传向远处的男孩鲍勃和女孩阿里斯，分别经过鲍勃和阿里斯的光仍然是垂直偏正和水平偏正的组合。但是，如果鲍勃做了一次测量，结果光是水平的，那么阿里斯即使忽略测量也会知道她这里的也光一定是水平的。因为在测量之前可以确定其可能性，测量之后可以肯定它一定是水平的。
爱因斯坦断言这是一个绝对的荒谬，便想因此来推翻量子力学。有关量子力学实验，包括我国一些研究科学家的实验都证明了这个事情实际上是不对的。实际上对这边量子态的测量，确实能够认定那边量子态的状态，也就是这种非常奇妙的性质使得原来神秘的量子力学逐渐成为我们能够影响和控制的“为我之物”。原子、电子、光子以及整个量子世界是由人脑构造出来并可被利用的自在之物，是一个可以看得见摸得着、可以调控的“为我之物”。
探寻新能源之路
随着现代科技的发展，使时代从观测实践到调控的转变成为现实的可能和进一步发展的必须。现在掌握的科学手段可以真正并且逐步认识它，并且来改变和影响它，使它进一步造福人类。比如半导体晶体管的发明，是人类的一大进步，半导体晶体管小到可以做成集成电路。
20世纪60年代，贝尔实验室工程技术人员Moore提出Moore定律。这个定律是指，这种半导体集成化发展速度之快，以致平均每18个月在一块晶片上面装的晶体管的数目翻一番。但是现在，已经发展到了极限。首先因为，电子有很多量子的性质；此外，晶体管越做越小后，其散热问题就会越来越严重，所以就变的越来越困难。比如，1988年时每个晶体管的集成度4兆，相当于每个片上有四百万个晶体管，每个晶体管平均有一万个电池，照此趋势发展到2016年，每个晶体管上只有一个电池，这就是发展到极限了。
大家可以想想看，这件事情就是做到头了，就不能再继续向前走。所以就给科学家提出了一个新的命题，就是如何探索一个新的路子，来寻求信息技术的发展。能源有非常严重的问题，那就是，人类能源需求的发展曲线越来越大，因此我们人类面临这种严重的能源问题，探索一个新的路子来寻求信息技术的发展就变得迫切重要了。要从根本上解决这个能源危机，我们就要学会如何像植物的光合作用那样来高效率的利用太阳能。如果这个目的能够实现，我们的能源就将取之不尽，而且将是绿色无污染的。
环境也是我们人类同样面临的问题，我们倡导减少塑料袋的使用，这是因为塑料是没有办法降解的。如何利用降解来控制污染问题，还是人类的一个理想。人类是有梦想的高级动物，人们想的是什么呢？造出一个生命出来后，不仅要明白这个生命的起源，而且能够造出人造的生命，也就是合成生命，并且能够让这个生命同非生命的系统来交换物质，交换能量，交换信息，那么所有这些听起来都是天方夜谭的事情，但实际上随着科学技术的发展，这些一步一步会将变成事实。
量子调控的进程
在美国能源部2007年出版的调研报告里提出五大有一定代表性的挑战：第一，如何在电子水平上操控材料的物性；第二是如何按要求的物性，来设计并高效合成全新的物质形态；第三，研究物质的奇妙物性，如何从原子和电子的复杂关联效应中衍生出来并加以控制，了解这些奇妙的效应的形成过程，如何在纳米尺度上调控能量和信息创造出可与生命物质相媲美的技术，以及如何表征并且控制非平衡态，尤其是远离平衡态的物质。我国从2006年开始有四项重大研究计划，量子调控就是其中之一，而且所有发达国家都投入大量的人力和物力进行这方面的研究。
物质包括结构和运动两个方面，如果把一个物体从结构上不断的拆分到原子状态，或是继续再分。我们要能够调控它，首先要了解物质的基本结构，再进行探测和操控或变革这些单独的电子、光子、原子的方法，它包括扫描隧道显微镜、原子束的技术、磁共振的技术，超导体和半导体探测器材，这是它的结构方面。
物质的另外一个方面是它的运动单元，比如说两个没有相互作用的粒子，它的结构单元和运动单元是一起的，但如果它这个粒子与粒子之间相互作用很强的话，它的结构单元和运动单元就可能不同，运动的单元有它本身的所谓能级和其自旋轨道，我们可以通过高分辨的、高灵敏度的表征来调控它，并且有很多的新技术。下面以扫描隧道显微术为例。
扫描隧道显微镜由两个瑞士人发明，他们在1986年获得了诺贝尔物理奖。扫描隧道显微镜由一个很简单的电路和一个导体组成，将一颗细探针放上去，再加一点偏压，就会产生两个非常奇妙的功能。一个功能可以知道下面的原子，这个物质的成像；第二个功能就决定了他探出电子里的状态指挥电子谱以致成像，可以做为谱学，然后再进行操控。利用针尖来进行组装分子，变更它，这就是我们用来操控微观世界的有效的方式之一——扫描隧道显微术。
IBN公司的一个研究小组正在研发一个非常灵敏的仪器——自旋磁共振力显微镜。它的道理也非常简单却也比较复杂，它的组成部分是一个非常灵敏的悬臂，下面有一个可以造成比较强梯度的磁场，在此可以产生磁共振，另有一个激光束来探测它。这种自旋磁共振显微镜可以探测单个自旋的灵敏度，精度达到25纳米。
物理学的规律的验证，是要靠精密的实验来测量的。在发展量子的技术当中，人们在不断发明、发展精密测量的技术。现在很多国家在欧洲核磁中心联合起来造了一个大加速器，即LHC，目的为寻找皮克斯粒子或超对称的粒子。如果这些粒子存在，就会打破基本粒子作为标准模型。
在实验室里，也是可以做一些类似的实验来取代那么高代价的实验。具体来说，就是有可能用原子物理的实验来探测有没有按照标准模型或超越标准模型，不会有所谓本征的电的偶极矩，但是如果能够探测到所谓本征的电偶极矩，即正电荷的重心和负电荷的中心，它的位置稍微挪开一点点，但它的精度非常高，达到10－31，如果能达到这样的精度，就有可能在实验室观测到超越超对称模型。
医院里除X射线射体外，还有一个很重要的技术即磁共振显示成像（MIR）。这种试验设备的精度和分辨率还不够高，通过发明这个精密测量的技术，通过这种所谓超导相干仪器就能够发展出非常精密的测量技术。运用这种技术来改进现在的MRI，就有可能把现在的磁共振成像技术大胆的往前发展。
历史上用沙来做的最好的标准钟就是“铯的原子钟”，它是使用金属铯制作而成的。用金属铯制造而成的原子钟的精度可以达10－16，相当于六千万年差一秒。现在有很多开车的人都在使用GPS，GPS它是靠24颗卫星定在轨道上，要能够保证GPS测量的距离准确，就必须要使这个钟非常准确。所以下一代的导航和GPS，或者我国的北斗计划，都需要以发展时钟为标准。而这个标准，和精密测量有非常密切的关系。
量子调控的极端条件
大家知道教堂里的玻璃都是色彩斑斓的，有各种各样的颜色。但是那这些颜色是如何染上去的呢？为什么玻璃里头有不同的颜色呢？这个技术是17世纪和18世纪在欧洲发展起来的。实际上是由不同尺寸的纳米尺度的金属颗粒——金或者银的颗粒组成的，当它们的尺寸完全不同时就会发出不同的光。这就是教堂里玻璃颜色的奥秘。
光学里所谓的染颜色极限(即光学的分辨率)不能超过其波长的一半。可见光一般为几百个纳米，如果我们用肉眼观察仅有几纳米的物体，光学的这些办法就无能为力了。现在就有很多新的方法能够看见比波长还短的东西，这就是量子信息和量子计算。量子计算是图林在1936年提出的普世的量子计算原理，毛一曼教授又提出如何使用二进制物理单元来实现这个计算。
20世纪的量子力学、量子计算以及信息科学本身合成后，就可能产生一个新的量子信息科学，这是一个全新的学科。量子里有一个无克隆定理，就是既不能够复制也不能拷贝。现在有一种叫做有量子和另外的量子的中继的新型办法，这就是量子中继的一个可能的途径，量子信息通过光子传播，用冷原子把光子的信息进行存储、存化，最终传回光子。
探索量子世界就要创造一些极端条件，比如改变温度、压强、磁场等这些基本物理参数来实现丰富多样的物理现象。比如说，整数量子霍耳效应和3He超流的发现都是依靠极低温和强磁场，激光冷却原子依靠极低温，分数量子霍耳效应靠极低温强磁场，化学反应的动力学是超快的激光，玻色爱因斯坦凝聚是极低温，那么超导超流的理论，另外是超快激光里的光速的理论，综合极端条件在物质科学研究当中应用就是对信息、能源、材料这些科学有辐射作用，是我们在研究的，是物性的研究和材料的研究，是物态变化过程的研究，这些研究表现影响到信息科学、能源科学和材料科学。
极端条件对超导研究有极大的重要性，超导现象本身就是在低温下发明的。1908年实现了氦液化的研究，1911年发现了超导现象，后又发现超导的抗磁性，在高压和插磁合成了超导体，加压后可以提高超导的转变温度。现在转变温度最高的超导体都是在高压下，或者是高压下合成的，或者在高压下表现出来，然后可以利用超快的方法来进行这些物性的研究掌握一些我们原来所不能掌握的技巧。微观粒子在极端条件下有自旋、电荷、轨道、晶格等自由度，还有一种拓扑性质，我们可以依据这些条件来调控它以及研究它。
量子霍耳效应与整数量子霍耳效应是在接近零度的条件下被发现的。霍耳效应平台非常平整，它的精度可达到10－10，通过量子霍耳效应可以制造电阻的标准。在接近绝对零度时，磁场、压强就会产生由热运动而引起相变通常的现象。量子相变要求特别低的温度才能观察到这些现象，而且在比较大的温度范围内都可以观察到它的多种表现形式。在高压下，平均每种物质要发生五次相变，这样就可以使物质的数量扩大到五倍。利用高压手段可以创造其他手段不能得到的新结构，产生其他手段不能产生的新现象或者其他手段难以合成的新物质。如果把压力不断的加大，就能将他变为一个金属的氢，如果能造成金属氢，它就不仅是室温的超导体，也是非常理想的绿色能源。
激光可以被进一步的改进，所谓推向极限的激光，就可以是超高频率的。从同步辐射、真空紫外、软x-射线，到所谓自由电子的激光，实际是硬x-射线的激光。在美国波尔科里已经造成了第一个自由电子的激光器，它的亮度特别大，脉冲特别短，可以捕捉原子、分子的内部运动，可以做一个动态的单分子的衍射。初步实验结果表明，如果把这种自由电子激光产生的硬x-射线用在整个生物蛋白质的结构分析上，当然就是超高能量密度。
探测原子内部必须通过激光，由分子来选择一个最佳的，一个飞秒脉冲的序列，来把选择的化学键打破，同时需要使用阿秒脉冲和紫外或者x-射线。一个脉冲通常至少包含一个周期或两个周期,绿光的周期为一天五个飞秒，所以要做非常短超、短脉冲就必须要有更短的光，就必须通过阿秒的脉冲来揭发，并且经过延迟在飞秒的脉冲来观察它。
量子物质的衍生
量子物质会产生衍生的现象。
衍生这个词的一个英语意思是Emergence。比如说，人的影子从暗处闪出来，或者潜艇浮出水面，亦或故事情节的展开而显现出来的东西，都是Emergence。而Emergence还有一个生物学的含义，即生物学家把生命物质由无生命物质演化出来，出现新的性质和功能，就是Emergence。
最早的量子力学创始人之一狄拉克曾表示：“衍生现象就是为描述大部分物理和全部化学基本规律的数学。理论已很完备，困难仅在于准确运用这些规律，要求解的方程式太难，即便是有了量子力学，可以了解全部的物理和化学，只是还不会算。所以可以说，量子力学是解释我们身边世界的一个包罗万象的理论。”而究竟是不是这样的，目前还只是学问界里的一种看法。这个叫做还原论的看法，认为一切东西，都是从一开始的。
英国著名科学家爱丁堡曾说：“我们常想，研究完‘一’，就能完全明白‘二’，因为‘一加一’等于‘二’。我们忘了，还要研究如何‘加’”。这话其实说的非常简单，他说1加1等于2，好像明白1就全明白2了，但是我们还要明白，其实“加”这件事情，在有的时候它不是那么简单的。美国著名科学家安德森在72年写了一篇文章，提出一个观点——More Is Different（多者异也），意思是说，将万事万物还原成简单的基本规律，并不意味着从这些规律出发，就有重建宇宙的能力。面对尺度与复杂性的双重困难，建构论的假定就崩溃了，不能依据少数粒子的性质，做简单外推，就来解释由大量粒子构成的，复杂集聚体的行为，正好相反，在复杂性的每一个层次，都会呈现全新的性质。而为理解这些新性质，所需要做的研究，就其基础性而言，与其他研究相比毫不逊色。
衍生是一种非常普遍的现象。比如，海边的沙堆在风、浪和重力的作用下可以形成各种各样的斑纹；星系的悬臂结构，是由于吸引力和离心力的合成而构成的玄妙的结构；生物大分子，可以组成非常漂亮的结构。自然界里的兵千变万化，量子系统里产生的衍生现象则更多。
在量子力学里，粒子没有轨道。正因如此，所以我们无法区分粒子。但是，粒子本身可分为两种，一种为玻色子，另一种叫做费米子。每个玻色子上有任意多粒子，而费米子每个状态只能有一个粒子，这是微观实验粒子遵从着不同的统计性质。玻色是印度科学家，在1923年写了一篇文章，并将其投到英国的杂志，结果这篇文章遭拒。他便把文章寄给爱因斯坦，爱因斯坦认真的把这篇文章译成德文并将其发表。后来他们便开始了合作，并预言了玻色爱因斯坦凝聚现象。
玻色爱因斯坦凝聚现象与波粒二重性有特别清楚的关系。一个粒子有一个平均的动量，就是按照KIT穿起来。如果德布罗意的波长和粒子之间的平均距离相同，此时量子效应就显得异常重要，这就是玻色爱因斯坦凝聚的温度。爱因斯坦预言了这个现象后，自己都不相信这个事情可以看得到。事隔七十年后，这件事情果然被看到了，那么看到它的人也因此获得诺贝尔奖。其实，玻色爱因斯坦凝聚现象在1938年就已经被俄国人Pyotr L. Kapitza（原苏联人）发现，在1941年被朗道解释了这个现象。这个现象最突出的一个例子就是，如果把氦冷到绝对零度的2.16度以下，再把它放到一个容器里，第二天早上这个杯子就会变空。这是因为，液氦有一个超流的性质，液氦气会从杯子壁上爬下去跑掉。
其实从某种意义上来讲，超导现象的发现也是玻色爱因斯坦凝聚的表现。这是Kamerlingh Onnes在1911年发现的，他在1913年获得了诺贝尔奖。在46年后，Bardeen、Cooper、Schrieffer建立了微观理论，15年之后，他们获得了诺贝尔奖。在如此大的温度范围内，从一个纳K，也就是现在能够达到的最低的温度，和非常非常高的温度期间里，都发现有各种奇妙的现象，它们在物理本质上都非常类似。
基于对物质从微观到宏观各个层次运动规律的深刻了解和对微观过程的实验观测和调控，通过宏观手段逐步实现对量子世界的调控，这是我们的理想，也是可以逐步实现的。那么，要实现调控的基础就是对衍生现象的起因和条件要有深刻的理解，要通过改变相互作用和外界参数来影响衍生现象。要学习这些事，就要向生命系统学习。免疫系统实际上就是个很好的例子，因为它的微弱信号是通过合作效应可以增强信号传导，是可以通过复杂的正负反馈来放大、筛选，通常起干扰作用的随机噪声也很可能来帮助筛选。譬如，我们免疫细胞中的T-细胞，在成千上万个复合体当中可以鉴别找出10个带抗原的T-细胞。生物这些复杂现象是要依靠科学家们集中起来，由此慢慢地来解决这些事情。反过来说，人类又可以从生物里学到很多东西来进一步控制整个自然。
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